Биопечать на примере Rokit Dr. INVIVO 4D

Здравствуйте! С вами Top 3D Shop и в очередном обзоре мы рассказываем о 3D-биопринтере Rokit Invivo, после ребрендинга и обновления известном также как Rokit Dr. INVIVO 4D — уникальном устройстве, позволяющем создавать живые ткани и биосовместимые структуры. Узнайте больше из этой статьи.

Содержание

Для чего нужны медицинские 3D-принтеры

Источник фото: all3dp.com

Исследование, проведенное Wohlers в 2017 году, показало, что 11% всех доходов от 3D-печати приходится на компании, связанные с медициной. Более 20 различных типов имплантатов, от черепных до имплантатов бедра, колена и позвоночника производятся с использованием 3D-печати. Например, с помощью этой технологии в 2017 году в США было произведено более 50 000 имплантатов тазобедренного сустава. 3D-печать используется не только для создания специфичных для пациента копий костей, органов и кровеносных сосудов, но и для разработки новых хирургических режущих и сверлильных инструментов, направляющих, ортопедических приспособлений и протезов.

Области применения 3D-печати в медицине простираются далеко за пределы общей практики и исследований. Помимо ставших привычными стоматологии и протезирования, 3D-технологии находят применение и в фармакологии, и в подготовке к хирургическим операциям. Среди основных задач 3D-печати можно выделить следующие:

Подготовка к хирургическим операциям
Протезирование
Стоматология, ортодонтия и зубопротезирование
3D-печать тканей и органов
Создание комбинированных препаратов с различными свойствами
Производство медицинских инструментов и приборов
Клеточные технологии

Преимущества медицинских 3D-принтеров

Источник фото: all3dp.com

Медицинская 3D-печать должна соответствовать специфическим требованиям отрасли:

Индивидуализация. Вместо того, чтобы производить тысячи идентичных деталей, 3D-печать позволяет создавать протезные и ортопедические устройства, медицинские инструменты или биологические компоненты, адаптированные к конкретной анатомии и физиологии пациента.
Время изготовления. 3D-печать дает врачу или инженеру возможность прототипирования медицинского изделия в течение нескольких часов для пациентов, нуждающихся в неотложной помощи. Производители медицинской продукции могут использовать прототипы для проведения клинических испытаний и ранней коммерциализации серийного продукта пока окончательный дизайн еще дорабатывается.
Стоимость. Наряду со способностью создавать нестандартные, сложные компоненты, 3D-печать лучше всего подходит для производства единичных или мелкосерийных изделий. Медицинские 3D-принтеры используют именно тот материал, который необходим, и именно в том количестве, которое необходимо, что сокращает количество отходов, минимизирует время на постобработку и, в конечном итоге, снижает стоимость их изготовления по сравнению с промышленным способом.
Сложность объектов, которые могут быть созданы при помощи 3D-технологий, потенциально безгранична. Тонкие каркасы, идеально соответствующие контуру кости или пористые детали, повторяющие структуру тканей, изготавливаются легко и быстро. Это открывает дверь для решения многих задач, которые ранее считались невозможными, например, протезирование лицевых костей, позвоночника или суставов.
Печать разными материалами. Современные медицинские биопринтеры способны комбинировать различные материалы, например, сразу заполняя коллагеновый или «костный» каркас клеточным субстратом и веществами для роста тканей. Это уменьшает число медицинских манипуляций с пациентом и улучшает приживаемость имплантата.
Стерилизуемость. Для клеточных культур и имплантируемых конструкций требование стерильности является одним из важнейших. Кроме того, что печать должна проводиться стерильным инструментом и в стерильных условиях, для клеточных структур необходимо поддерживать температурный режим, обеспечивающий им максимальную жизнеспособность.

История компании Rokit

Источник фото: koreatimes.co.kr

Южнокорейский производитель 3D-принтеров Rokit вышел на рынок 3D-биопечати после полученного в 2015 году от правительства Южной Кореи гранта в размере $ 3 млн. С тех пор он разрабатывает 3D-принтер Rokit Invivo – многофункциональный гибридный биопринтер с экструдером филамента (в том числе биосовместимого), дозатором и высокотемпературным пневматическим экструдером. Rokit Invivo может печатать с использованием множества материалов, включая PLGA, PCL, PLLA, коллаген, альгинат и фиброин шелка. Первую модель этого принтера Rokit представил всего год спустя после получения гранта, в 2016 году.

Источник фото: twitter.com

В Rokit Healthcare хорошо понимают, что нужно медикам и ученым, поскольку их генеральный директор Seok Hwan You – бывший генеральный директор биофармацевтической компании Celltrion Healthcare. Он объединил свои обширные знания биологии и фармакологии, полученные на предыдущей работе, с технологиями 3D-печати Rokit для разработки революционного биопринтера Invivo, который, как он уверен, внесет большой вклад в развитие биоиндустрии.

Но уже сейчас можно сказать, что это будет не единственный биопринтер компании. Seok Hwan You объявил о планах создания 3D-принтера, способного печатать синтетическую кожу непосредственно на пациенте. Биопринтеры Rokit создаются и совершенствуются в тесном сотрудничестве с Корейским институтом машин и материалов, Больницей Сеульского национального университета, Корейским передовым институтом науки и техники, а также Университетом Ханьян.

Обзор продукции Rokit

Источник фото: 3disonprinter.com

Помимо флагманской модели Invivo, Rokit Healthcare производит еще несколько 3D-принтеров, также отличающихся высоким качеством и необычными характеристиками.

Серия AEP – FFF-принтеры с тройным высокотемпературным экструдером (до 450 oC), платформой с автоматическим выравниванием и подогревом до 160 oC, HEPA-фильтром, датчиком филамента, web-камерой и сенсорным экраном 7”, работающие под управлением ОС Android. Принтеры способны печатать материалами, одобренными FDA, а также ULTEM 1010 и 9085, PEEK, ABS, PLA, PET, PC. Точность всех моделей в серии – 6 микрон по XY и 1,2 микрона по оси Z, скорость печати – 300 мм/сек.

Модели Stealth 300 и Stealth 450 отличаются объемом печати: 290 х 180 х 260 мм для модели 300, и 400 х 400 х 400 мм для модели 450.

Также запущено производство новой, усовершенствованной модели 3D-принтера Rokit — Dr. INVIVO 4D6.

Dr. INVIVO 4D спроектирован для максимально эффективного поддержания жизнеспособности и размножения клеток, имеет встроенные фильтр HEPA-14 и УФ стерилизатор.

3D принтер Rokit Dr. INVIVO 4D

Характеристики 3D-биопринтера Invivo

Источник фото: cyberspaceandtime.com

	Стандартный	Премиум
Способ печати	Экструдер для полимерного филамента + биодозатор	Экструдер для полимерного филамента + биодозатор + биодозатор для супер-горячего расплава
Панель управления	Сенсорный LCD-экран, ОС Android
Разрешение	Экструдер 0,2 мм / Диспенсер 0,05 мм
Фильтр Hepa	H14 (99,995≤0,3 мкм. D.O.P.)
УФ-лампа	Стерилизующая УФ лампа
Экструдер	УФ-светодиод (365 нм)
Биодозатор	Винтовой с механизмом защиты 10 мл шприца от загрязнения
Функции биодозатора		Система охлаждения / обогрева (от -10 до +80 ºC)
Платформа		Система охлаждения / обогрева (от -10 до +80 ºC)
Диаметр форсунки, мм	экструдера: 0,2, 0,4 биодозатора: 0,05 — 0,8	экструдера: 0,2, 0,4 биодозатора: 0,05 — 0,8 пневматичсекого биодозатора: 0,1 — 0,5
Пневматический дозатор		Высокотемпературная система плавления (до 350 ºC)
Объем печати, мм	100 X 100 X 90
Скорость печати	5 — 20 мм/сек
Цена	по запросу

Особенности конструкции

Источник фото: biobasic.com

На сегодняшний день Rokit Invivo – один из самых совершенных и высокотехнологичных серийных 3D-биопринтеров.

Rokit Invivo позволяет создавать универсальные трехмерные клеточные структуры из био-чернил и гидрогелей, заполняя ими каркасы из синтетических биополимеров PCL, PLGA, PLLA.

Rokit Invivo имеет модульную конструкцию, пользователи могут выбрать два из трех типов форсунок (экструдер, механический дозатор, пневматический дозатор горячего расплава) с дополнительной функцией контроля температуры (от -10 °C до +80 °C).

Устройство гарантирует стерильную среду, поскольку сконструировано как закрытая система и оснащена воздушным фильтром HEPA класса H14. УФ-лампы с длиной волны 253 нм обеспечивают полную стерилизацию рабочей камеры во время работы. Пользователи могут загружать, скачивать и печатать 3D-файлы либо через сети Wi-Fi и Ethernet, либо с USB-носителей, используя сенсорный экран. Процесс печати удобно контролировать при помощи видеокамеры. Принтер работает под управлением ОС Android.

Кроме этого, Rokit поставляет для 3D-принтеров Invivo фирменные био-филаменты PLGA, PLLA, PCL и фотоотверждаемые био-чернила Invivogel на основе желатина, для печати широкого спектра мягких трехмерных клеточных структур с помощью дозаторов Invivo.

Печатные модули и материалы

Шприц-дозатор

Экструдер филамента

Пневматический дозатор

Био-чернила

Гидрогель со смесями факторов роста клеток

Порошковые смеси

Гидроксилапатит

Хитозан

Гидрогели

Коллаген

Желатин

Фибрин

Гиалуроновая кислота

Альгинат

Синтетические полимеры

PCL (поликапролактон)

PLGA Poly (молочно-ко-гликолевая кислота)

PLLA (изомер полилактида)

Любые другие полимеры для печати методом плавления филамента

Различные типы полимеров и других материалов, которые требуют контроля температуры и давления воздуха

Сферы применения

Источник фото: solvelight.com

Задача	Объект печати			Технология печати
Задача	Био- чернила	Кар-касы	Ткани	Шприц- дозатор	Экстр. Фила- мента	Пневм.дозатор
Создание искусственной кожи путем многослойной печати человеческих фибробластов и кератиноцитов на коллагеновых каркасах			+	+
Материалы для регенерации мягких тканей			+			+
Печать и культивирование трехмерных клеточных структур			+	+
Изучение оптимальных условий для каркасных биоматериалов и методов культивирования клеток, специфичных для каждой сконструированной ткани			+	+	+	+
Тестирование применимости различных полимерных материалов	+			+	+	+
Разработка интеллектуальных трехмерных биосистем с биопечатными наночастицами		+		+		+
Одновременная печать структуры и инкапсуляция био-ячеек		+	+	+	+	+
Развивающиеся пористые костяные структуры Биосовместимые зубные имплантаты Модели искусственных суставов		+	+	+	+	+
Тестирование различных технологий сшивки полимерных и биологических материалов	+	+				+

Модульные пакеты, опции

Вариант	Стандарт	Модернизированный	Премиум
Фотополимеризация	+	+	+
Контроль температуры платформы		+	+
Химическая сшивка	+	+	+
Экструзия термопластичного филамента	+	+	+
Произвольная смесь материалов (например, гидрогель, неорганические и синтетические материалы)			+

Шаблоны печати

Экструдер-

дозатор

печать с двойным пересечением

Трехмерная печать различными материалами

Печать клеточной матрицы с заполнением клеточной культурой

Печать пористых материалов с различным диаметром пор

Печать трехмерной клеточной матрицы с заполнением клеточной культурой

Примеры использования

Каркас ушной раковины, Prof. Dr. Mehmet KARAALTIN

Источник фото: instagram.com

Реставрационный каркас хряща, созданный профессором медицины Mehmet KARAALTIN из Турции с помощью принтера Rokit Invivo, в соответствии с CAD-сканированием пациента. Сделанный из материала, одобренного FDA, каркас будет засеян аутологичными клетками пациента, которые вырастут в соответствии с правильной физиологической формой.

Институт биоинтерфейсов Университета Мичигана, клинические испытания прототипов

Источник фото: facebook.com

Благодаря применению современных методов, институт решает фундаментальные вопросы клеточной гетерогенности, разрабатывая технологии для выделения, сохранения и размножения редких клеток. Такой подход позволит исследовать основные биологические компоненты клеток и обещает изменить изучение, диагностику и лечение многих болезней.

Источник фото: facebook.com

Источник фото: biointerfaces.umich.edu

Новая технология лечения рубцовых поражений, Rokit

Источник фото: 3dprintingindustry.com

В феврале 2019 года медицинской общественности был представлен новый метод лечения рубцовых поражений при помощи 3D-биопечати. Используемая сегодня практика прямого введения индуцированных стволовых клеток с использованием шприцев серьезно ограничивает жизнеспособность клеток и точную, равномерно распределенную доставку стволовых клеток в зону заболевания. Это препятствует лечению рубцов кожи, одной из самых распространенных проблем после кожных повреждений. Такие шрамы могут вызвать серьезные физические, эстетические, психологические и социальные проблемы, что приводит к необходимости дополнительных хирургических процедур.

3D-принтер INVIVO компании ROKIT используется для 3D-печати аутологичных тканей и клеток кожи пациента на искусственном пластыре. При нанесении на рану кожный пластырь-трансплантат обеспечивает естественное образование новых кровеносных сосудов (неоваскуляризацию) для эффективной регенерации кожи.

«Это новый способ преодоления некоторых наиболее явных ограничений, связанных с традиционной терапией стволовыми клетками. Использование методов трехмерной биопечати позволяет эффективно доставлять аутологичные клетки в область раны, сводя к минимуму потерю клеток и значительно повышая жизнеспособность и пролиферацию клеток», — сказал Сеок Хван Ю.